Onderdrukkers: Evolusie Materiale en Bliksemskynbeskerming Verduidelik

Spanningskommunikasie en hul evolusie

'n Spanningskommunikasie is altyd parallel met die elektriese toerusting wat dit beskerm. Dit steur nie die normale werking van die toerusting by stelselspanning nie. Wanneer egter 'n gevaarlike oorspanning op die toerusting voorkom, geleidelig die kommunikasie eerste, en lei die oorspanning veilig na die grond.

Die vroegste en eenvoudigste vorm van spanningskommunikasie bestaan uit twee metaalstae wat deur 'n opening geskei word en parallel oor elektriese toerusting verbonden is. Wanneer die spanning oor hierdie opening 'n sekere drempel oorskry, breek die lug (die opening) af, en beskerm die toerusting. Hierdie tipe kommunikasie word bekend as 'n "uitsluitingsopening" of "beskermende opening."

Die verskynsel van donderweer is soortgelyk: donderwolke en die aarde funksioneer as twee geleiders (elektrodes). Wanneer die spanning tussen hulle te hoog word, breek die lug tussen hulle af, wat lei tot 'n donderslag.

Daar is egter 'n kritiese verskil. Beskermende openinge is direk oor kraglyne verbonden. Wanneer 'n gevaarlike oorspanning die opening laat afbreek (d.w.s. die lug tussen die stae word ioniseer), weet die kragplant of substation nie van hierdie gebeurtenis nie, of kan nie vinnig genoeg reageer nie. Gevolglik bied dit voortgaande stroom aan die nou-gedraaide opening. Aangesien die opening 'n pad na die grond bied, vloei hierdie stroom voortdurend, wat lei tot 'n kortsluiting in die kragstelsel. Dus, terwyl beskermende openinge eenvoudig is om te gebruik, skep hul operasie 'n voortdurende boog oor die opening, wat lei tot 'n kortsluitingstoestand.

Hoe kon die boog oor die beskermende opening vinnig ná operasie gedouseer word? Dit het gelei tot die ontwikkeling van die tweede generasie kommunikasie - die uitsluitings- (of buistype) kommunikasie. Hierdie ontwerp beperk eers die boog binne 'n buis en gebruik dan metodes om dit te dooi.

Nietemin het uitsluitingskommunikasies steeds 'n nadeel: ongeag hul vermoë om die boog te dooi, lei hulle steeds direk kragstelselstroom na die grond, wat lei tot 'n oombliklike grondfout (kortsluiting).

'n Ideaal oplossing sou 'n toestel wees wat stroom blokkeer of slegs minimale lekage onder normale spanning toelaat, dus kortsluitings vermy, maar vinnig groot skokstrome (soos donderslag) na die grond geleidelig wanneer gevaarlike oorspannings voorkom. In eenvoudige terme, sou so 'n toestel soos 'n "intelligente skakelaar" werk, wat presies weet wanneer om oop en toe te maak. In spanningskommunikasies is hierdie "intelligente skakelaar" aanvanklik gerealiseer deur 'n materiaal genaamd silisiumkaried (SiC). Kommunikasies gemaak van hierdie materiaal staan bekend as kleppiekommunikasies, aangesien hulle soos elektriese kleppe funksioneer.

Dit is belangrik om te onthou dat hierdie "klep" 'n elektriese komponent is, nie 'n meganiese klep soos 'n kraan of pypklep nie. Meganiese kleppe is te stadig om op donderslag te reageer, wat in mikrosekondes inslaan. In plaas daarvan is 'n elektriese "klep" gemaak van 'n nielineêre weerstand nodig. Silisiumkaried was die eerste nielineêre weerstandmateriaal wat vir hoogsponnings-toepassings ontdek is.

Tegnologie evolueer voortdurend. 'n Tweede nielineêre weerstandmateriaal is later vir spanningskommunikasies ontdek: sinkoksied (ZnO). Dit funksioneer soortgelyk aan silisiumkaried, maar vertoon beter "klep"-kenmerke - professioneel beskryf as beter nielineêrheid.

Wat is nielineêrheid? Figuurlik beteken dit om die teenoorgestelde te doen: klein te wees wanneer dit groot behoort te wees, en groot wanneer dit klein behoort te wees - anders as lineêre komponente, wat proporsioneel skaal.

In spanningskommunikasies openbaar nielineêrheid as volg: wanneer die stroom hoog is (bv. tydens 'n donderslag), word die weerstand baie laag, en hoe lager die weerstand, hoe beter die nielineêrheid. Wanneer die stroom laag is (na die donderslag voorby is en die stelsel terugkeer na normale bedryfspanning), word die weerstand baie hoog, en hoe hoër die weerstand, hoe beter die nielineêrheid.

Silisiumkaried vertoon nielineêrheid, maar dit is nie ideaal nie. Onder normale bedryfspanning is sy weerstand nie voldoende hoog nie, wat 'n klein lekage-stroom deur die kommunikasie laat vloei - soos 'n klep wat nie strak genoeg sluit nie, wat lei tot 'n voortdurende "druppel" stroom.

Hierdie gedrag is inherente aan die materiaal, en pogings om hierdie lekage deur materiaalverbeteringe te elimineer, het hoofsaaklik misluk. Gevolglik word, wanneer silisiumkaried in kommunikasies gebruik word, strukturele oplossings toegepas: die kommunikasie word aanvanklik van die lyn geïsoleer en slegs tydens 'n skok verbonden. Hierdie taak word deur 'n reeks lugopening voltooi. Dus vereis kleppiekommunikasies byna altyd 'n opening. Intussen sluit sinkoksied-kleppe strak onder normale bedryfspanning, sodat hulle geen reeksopening benodig nie.

Aangesien sinkoksied-vervaardigingstegnologie verbeter het, is vroeë beperkings in "sluit"-vermoë oorkom. Egter, as gevolg van die historiese prevalensie van ontwerpe met openinge, het sommige sinkoksiedkommunikasies steeds openinge. Nogtans maak openinglose sinkoksiedkommunikasies die grootste deel uit.

Aangesien sinkoksied 'n metaaloxide is, staan hierdie kommunikasies ook bekend as Metaaloxide Spanningskommunikasies (MOSA).

Donderweerbescerming in kragstelsels

Vanuit die perspektief van donderweerbescermingstoestelle, bestaan daar drie hooftipes: donderpijle (lugterminals), oorhoofse gronddraad (schilddraad), en spanningskommunikasies. Die eerste twee is struktureel eenvoudig - feitlik net pyl en draad - terwyl die laaste meer kompleks is as gevolg van die afhanklikheid van nielineêre weerstandes wat as "intelligente skakelaars" funksioneer.

Vanuit die perspektief van beskermde objekte, kan donderweerbescerming ingedeel word in: oorhoofse oordraaglynbeskerming, substationbeskerming, en motorbeskerming.

Oorhoofse lyne strek oor groot afstande, blootgestel in oop areas. Om impak op terrestriese lewe en ekosisteme te minimeer, word hulle op aansienlike hoogtes opgerig. Soos die spreekwoord gaan, "Die hoogste boom vat die meeste wind," wat hulle ideaal doelwitte vir donderslag maak. Statistiek wys dat die meerderheid van kragnetwerkfeilures veroorsaak word deur donderslag op lyne. Dus moet oorhoofse lyne beskerm word. Echter, as gevolg van hul lengte, is absolute beskerming onprakties en onbetaalbaar. Dus is lynbeskerming relatief: sommige donderslag word toegelaat om die lyn te raak en flitsovers te veroorsaak. Hierdie beskerming word hoofsaaklik deur oorhoofse gronddrade bereik.

Inteendeel, substations is veel belangriker. Hulle dien as knooppunte van die kragstelsel, huisvest gekonsentreerde toerusting en personeel. Dus is hul donderweerbescermingvereistes uiterst hoog.

Donder kan 'n substation via twee hoofpadte bereik: direkte inslae, gemigter deur donderpijle (of soms schilddraad); en skokgolwe wat van donderslag op oordraaglyne propageer, wat hoofsaaklik deur spanningskommunikasies hanteer word.

Donderweerbescerming vir motore (insluitend generators, synchrone kondensers, frekwensieveranderders, en elektriese motore) is so krities as substationbeskerming. Generators is die "hart" van die kragstelsel, en groot motore is belangrike industriële drywers. Donderinslagskade aan hierdie komponente lei tot aansienlike verliese. Echter, motorbeskerming is meer uitdagend as substationbeskerming. Motore is roterende masjiene, dus hul isolering kan nie te dik wees nie en moet solied (anders as die vloeibare isolering wat in transformateurs gebruik word). Soliede isolering is vatbaar vir veroudering, wat primêre beskerming met spanningskommunikasies asook addisionele hulpbeskermingsmaatreëls noodsaak.

Komposiet-huisde sinkoksied spanningskommunikasies

'n Spanningskommunikasie is 'n elektriese toestel met twee elektrodes - een tipies geaard en die ander aan hoogsponning geheg - geskei deur 'n isolerende materiaal, professioneel bekend as 'n isolator.

Aangesien die meeste kragstelseltoerusting blootgestel is aan die atmosfeer, is die isolerende oppervlakke direk in kontak met die omgewing. Hierdie deel van die isolering staan bekend as buiteisolering of buite-insulasie.

Buite-insulasie is voortdurend blootgestel aan sonlig, reën, wind, sneeu, mist en dauw. Dus moet gekwalifiseerde buite-insulasiematerialen nie net uitstekende elektriese en meganiese eienskappe hê nie, maar ook uitsonderlike weerbestendigheid en 'n leeftyd van 40-50 jaar demonstreer. Tans is porselein die mees wydverspreide buite-insulasiemateriaal in ingenieurswese, met geharde glas ook in lyn-toepassings gebruik.

Porselein en glas is anorganiese material. Naast hul uitstekende elektriese en meganiese prestasie, is hul sleutelvoordeel omgewingsstabiliteit - uitsonderlike weerstand teen klimatiese toestande - wat hulle in staat gestel het om die buite-insulasie van kragstelsels vir naby 'n eeu te domineer.

Egter, hulle het 'n gemeenskaplike swakheid: hul oppervlakke is hidrofiel. Dit laat besoedelingslae op die isolatoroppervlak toe om vochting te absorbeer. Wanneer besoedeling saam met vochting gaan, maak dit stroomvloei moontlik, wat potensieel 'n flitsoor die isolatoroppervlak onder normale bedryfspanning kan veroorsaak. Dit staan algemeen bekend as besoedelingsflits, meer spesifiek, oppervlakafleiding langs 'n besoedelde en natte isolator.

In die afgelope dekades is silikonrubber wêreldwyd wydverspreid gebruik om tradisionele material vir isolators te vervang. Silikonrubber is 'n organiese materiaal wat sterk hidrofoob is, wat die besoedelingsflits-spanning van buite-insulasie aansienlik verhoog.

Isolators gemaak van organiese material word dikwels genoem polimer-isolators (aangesien organiese material polymers is), nie-keramiese isolators, komposiet-isolators (aangesien die buite-insulasie sinteties is), of selfs plastiek-isolators buite landsgrense.

In China is hulle vroeger bekend gestaan as komposiet-isolators of silikonrubber-isolators. Hulle word nou eenvormig genoem organiese komposiet-isolators (aangesien organiese material komposites is, en hierdie isolators tipies gemaak word van 'n komposite van silikonrubber en 'n epoksi-resin-glaskeramiese stok), algemeen afgekort as komposiet-isolators.

Dus, 'n komposiet-huisde sinkoksied spanningskommunikasie gebruik 'n organiese materiaal - spesifiek silikonrubber - as die buite-insulasie vir 'n sinkoksied spanningskommunikasie.